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MCSD 年度报告 - NIST 技术系列出版物 - 国家...
摘要 本报告总结了 NIST 信息技术实验室数学和计算科学部 (MCSD) 的技术工作。第一部分（概述）概述了该部门的活动，包括去年技术成就的亮点。第二部分（特点）详细介绍了今年特别值得注意的十个项目。第三部分（项目摘要）简要概述了过去一年中活跃的所有技术项目。第四部分（活动数据）列出了部门工作人员参与的出版物、技术讲座和其他专业活动。本文件涵盖的报告期为 2008 年 10 月至 2009 年 12 月。如需更多信息，请联系 Ronald F. Boisvert，邮寄地址 8910，NIST，Gaithersburg, MD 20899-8910，电话 301-975-3812，电子邮件 boisvert@nist.gov，或访问该部门的网站 http://www.nist.gov/itl/math/index.cfm。封面可视化：本报告的“词云”摘要。请参阅 http://www.wordle.net/。致谢：我们感谢 Robin Bickel 收集信息并整理本报告的初稿。免责声明：为了充分描述实验程序或概念，本文件中可能会标识某些商业实体、设备或材料。此类标识并不意味着美国国家标准化研究所的推荐或认可
神经网络量子态断层扫描
现代量子技术利用量子系统的独特特性来实现经典策略无法达到的性能。这一潜在优势取决于创建、操纵和测量量子态的能力。该领域的任何实验程序都需要对这些步骤进行可靠的认证：这正是量子态层析成像 (QST) 的领域 [1]。QST 的目标是通过对系统有限组相同副本进行测量来估计未知的量子态。如果状态由密度矩阵 ϱ 描述，位于 ad 维希尔伯特空间中，则需要 O(d/ε) 个副本才能获得 ϱ 的估计值，且误差（理解为总变分距离）小于 ε[2]。这清楚地说明了 QST 对大规模系统的资源需求。从广义上讲，QST 是一个逆问题 [3-5]。因此，线性反演 [6] 可能是该主题最直观的方法。然而，它也有一些缺点：它可能报告非物理状态，并且无法通过分析确定估计的均方误差界限。为了绕过这些缺点，可以使用各种有用的 QST 方法，例如贝叶斯断层扫描 [ 7 ， 8 ]、压缩感知 [ 9 ， 10 ] 或矩阵积状态 [ 11 ， 12 ]，尽管最大似然估计 (MLE) 仍然是最常用的方法 [ 13 ， 14 ]。从现代的角度来看，QST 本质上是一个数据处理问题，试图从
原子模拟，中等尺度的分析和对普通波特兰水泥和地球聚合物糊的热性质的实验验证
普通波特兰水泥（OPC） - 由于其出色的TES能力，良好的机械性能和低成本，因此已广泛用于热量储能（TES）应用。在这项尝试中，这项工作提出了一种升级程序，以对两种由OPC和杂化水泥制成的水合糊的特性进行建模（即一种替代的H污染物粘合剂），后者用于基于Geopolymer的复合材料（GEO）。首先，采用基于能量最小化和分子动力学的原子方法来建模CSH（硅酸盐水合钙）和NASH（铝硅硅酸盐水合物）阶段的热行为和热储存能力，这是基于OPC的Paste和Geo的主要阶段。然后，提出了提出的上缩放优化程序和中尺度的FEM均质化技术，以将基于OPC的糊和GEO的原子主要阶段的TES参数与均质的Meso/Macro量表值联系起来。为此，在OPC和GEO糊剂上的实验程序的结果都被视为校准/验证数值工具的基准。在几个尺度上进行的有希望的模拟和上刻度程序的模拟在均质化的温度依赖性热容量和热扩散率方面证明了与分析混合物的实验数据良好的一致性。2023 Elsevier Ltd.保留所有权利。
Anxa11 p93s变体失调TDP-
图1 AAV-2XTAU注射动物中AT8和Thios病理进展的定量3D分析。（a）本研究中执行的实验程序和纵向样本收集的摘要。（b）荧光显微照片说明了在3和6个月时实验动物的海马形成中Neun（蓝色），AT8（RED）和THIOS（绿色）的分布。tau病理的进展。（c）所检查的标记的代表性共焦图像，以量化疾病进展，以及在分析区域中通常观察到的四个典型的神经元特征：健康，prestangle，成熟的缠结和鬼缠结。（d）进行高分辨率共聚焦图像的三维重建，以识别和量化TAU病理的进展。每个神经元谱的表达：对每个分析的区域占用的3D体积（MM3）进行计算并校正：CA3/HILUS，CA1，Subiculum（sub），左ERC，左ERC和对侧ERC（E）。图形摘要显示了左右半球的AT8和Thios的分布模式以及所研究的两个时间点之间的分布模式。比例尺：200μm（b），10μm（c）。* P <0.05 ** P <0.01 *** P <0.001，双向ANOVA，Sidak的事后测试。
通过聚合物3D打印来调整建筑物外墙的太阳能：朝向定制的热特性
立面是控制建筑物太阳能流并影响其能量平衡和环境影响的主要接口。最近，已经探索了半透明聚合物的大规模3D打印（3DP），作为一种制造具有定制特性和功能的立面组件的技术。透射率对于建筑外墙至关重要，因为对太阳辐射的响应对于获得舒适感至关重要，并且会极大地影响电力和冷却需求。但是，仍不清楚3DP参数如何影响半透明聚合物的光学性质。本研究建立了一个实验程序，将PETG组件的光学特性与设计和3DP参数相关联。观察到打印参数控制层沉积，该沉积控制层中的内部光散射和整体光传输。此外，层分辨率决定角度依赖性属性。表明，可以调整打印参数以获得量身定制的光学特性，从高正常透明度（≈90％）到透明度（≈60％），并且具有一定范围的雾霾水平（≈55-97％）。这些发现为大规模3DP的定制立面提供了机会，可以有选择地接纳或阻止太阳辐射，并提供空间的均匀日光。在建筑部门脱碳的背景下，这种组件具有减少排放的巨大潜力，同时确保乘员舒适。
功率器件热阻抗的现场实验提取技术
为了模拟原位 Z TH,ja 提取，对安装在 PM 上的其中一个设备采用了“模拟实验”策略。该过程如下：•首先，通过 COMSOL Multiphysics 环境中的详细纯热 3-D FEM 模拟获得设备的参考 Z TH,ja [24]，其中重现了 PM 的精确复制品（图 3）。边界条件通过施加于厚铜底板底面的传热系数 h =2×10 3 W/m 2 K 来解释，这描述了与高效散热器的接触 [25]。•获得的参考 Z TH,ja 用于构建具有 Foster 拓扑的 SPICE 兼容热反馈网络 (TFN) [26]；然后将 TFN 耦合到 VDMOS 晶体管的电气模型，该晶体管的温度敏感参数可以在模拟运行期间发生变化。电气模型根据实验数据 [27] 进行了校准，并在 [28] 中进行了详细描述。• 使用 OrCAD Capture 软件包 [29] 对 ET 模型进行了瞬态模拟，以模拟第 II.B 节中介绍的实验程序来提取 z ja 。• 通过在 COMSOL 中模拟 300 K 等温背面的裸片器件来确定 Z jc 。• 然后进行反归一化过程和时域转换以获得热阻抗 Z TH,ja 。• 最后比较了参考值和提取的 Z TH,ja 。
原子模拟，中等尺度的分析和对普通波特兰水泥和地球聚合物糊的热性质的实验验证
普通波特兰水泥（OPC） - 由于其出色的TES能力，良好的机械性能和低成本，因此已广泛用于热量储能（TES）应用。在这项尝试中，这项工作提出了一种升级程序，以对两种由OPC和杂化水泥制成的水合糊的特性进行建模（即一种替代的H污染物粘合剂），后者用于基于Geopolymer的复合材料（GEO）。首先，采用基于能量最小化和分子动力学的原子方法来建模CSH（硅酸盐水合钙）和NASH（铝硅硅酸盐水合物）阶段的热行为和热储存能力，这是基于OPC的Paste和Geo的主要阶段。然后，提出了提出的上缩放优化程序和中尺度的FEM均质化技术，以将基于OPC的糊和GEO的原子主要阶段的TES参数与均质的Meso/Macro量表值联系起来。为此，在OPC和GEO糊剂上的实验程序的结果都被视为校准/验证数值工具的基准。在几个尺度上进行的有希望的模拟和上刻度程序的模拟在均质化的温度依赖性热容量和热扩散率方面证明了与分析混合物的实验数据良好的一致性。2023作者。由Elsevier Ltd.这是CC下的开放式访问文章（http：//creativecommons.org/licenses/4.0/）。
教学指南
实验室课程II将主要由讲师进行的不同实验室实验的性能组成。这些实用的课程将与老师的研讨会和教程相辅相成。此外，所有活动都将得到UFV的Aula虚拟的支持。I.款式II的说明性教学介绍类。研讨会和教程：2前LAB研讨会将在开始实际会议之前举行。这些研讨会的目的是制定每个实用性的协议，并组织这些会议的时间。在这些研讨会期间，学生将合作工作。最终的研讨会将在实际会议结束后举行，以解决与实验和结果有关的问题。此外，根据学生的要求以及为此目的建立的时间表，老师将回答问题并解决课程中可能出现的问题，以指导学生在整个学习过程中。iii。实用课程。学生将使用与生物技术学位第二课程有关的技术和理论知识在实验室中进行实验性工作。根据LAB前研讨会中所做的工作，学生对每个实验进行了理论介绍，客观，材料和实验程序。在实践课程完成期间和之后，鼓励学生描述和分析获得的结果并弄清楚一些结论。此信息必须在实验室笔记本中写下。iv。评估。学生将进行实际考试和理论考试。
在高达208 bara
摘要：本文提出了一个实验程序，用于在高达208 bara的高架压力下生成CO 2的水性纳米泡分散。它直接设置了总体积，外部压力和温度，并且整体组成是由水纳米泡分散体恒定质量扩展到具有材料平衡的低压（例如大气压）的。脱离离子水的结果表明，纳米泡分散体中的CO 2含量随系统压力而增加。在207.8 bara处获得了最大的CO 2浓度2.3 mol/L，该浓度比207.8 Bara时CO 2的固有溶解度高42.9％。在138.9 bara时观察到最大的溶解度增强，52.8％，与固有的溶解度相比。还用基于甲酸钠的缓冲溶液测试了CO 2的水纳米泡分散体，这在208 Bara时导致CO 2的1.52 mol/L的CO 2。这比具有相同离子强度的氯化钠溶液中Co 2，0.86 mol/L的固有溶解度高77％。从实验数据的热力学分析中的一个重要观察结果是，纳米泡本身可能不是CO 2的主要存储，但是它们的存在可以提高CO 2的水相过饱和水平。这与使用纳米跟踪分析直接测量气泡性能一致，其中CO 2作为气泡的含量比CO 2的固有溶解度小得多，即使气泡数密度为10 8 ml -1，并且气泡半径大于100 nm。
利用先进阻燃剂开发防火复合材料
摘要 — 本文探讨了防火复合材料的开发，重点关注其在电气系统中的应用。加入阻燃填料的目的是在不损害对功能至关重要的机械和电气性能的情况下提高防火安全性。这项研究首先概述了传统复合材料在确保防火安全方面所面临的挑战，特别是在火灾风险可能造成严重后果的电气环境中。遵守严格的标准和法规需要材料能够承受高温，同时最大限度地减少火焰蔓延和烟雾产生，从而保护设备和人员。为了应对这些挑战，这项研究调查了将阻燃填料整合到复合材料基质中。研究了三水合氧化铝 (ATH)、氢氧化镁 (MH) 和纳米粘土等材料通过吸热分解、燃料稀释和形成保护性炭层等机制提高防火性的能力，这些机制可以延迟点火并减少火焰蔓延。实验程序包括制备具有不同填料浓度和聚合物基质的复合样品，然后进行热分析 (TGA、DSC) 以评估热稳定性和燃烧行为。还评估了抗冲击性、弯曲强度和拉伸强度等机械特性，以确保阻燃填料不会损害结构完整性。结果表明，与未填充的聚合物相比，含有阻燃填料的复合材料表现出优异的耐火性。热重分析表明，分解过程中的起始温度更高，质量损失率降低，表明热稳定性得到改善。锥形量热法测试表明总热量和峰值热量散发率降低，表明可燃性降低，防火性能增强。